船舶噪聲
關注創建者：匿名 創建時間：2022-03-03
船舶噪聲的實例教程
在對船舶噪聲控制時還應注意到，在實際中往往受到船舶造價和造船廠技術條件的限制，因此在船舶設計階段就應考慮船舶噪聲控制的因素，并在船舶建造過程中注意噪聲控制設計工藝的實施。
在上一期的文章《中高頻噪聲仿真的新科技—自主研發能量有限元軟件ProNas》中，我們介紹了ProNas能量有限元法產生的背景、原理、優勢，以及基于ProNas能量有限元理論，安世亞太自主研發的ProNas軟件的特點和優勢。
本文，結合具體應用，介紹ProNa能量有限元法在船舶中高頻噪聲預測中的應用。以ProNas能量有限元理論為基礎，建立了船舶的ProNas能量有限元計算模型，采用安世亞太大型商用軟件ProNas對復雜激勵在船舶各艙室產生的中高頻結構噪聲及空氣噪聲進行仿真計算，得到船舶各艙室聲壓級，并利用ProNas軟件后處理功能確定激勵源及傳遞路徑處的能量分布云圖，對不滿足噪聲目標的艙室進行了聲學優化，最終解決了大型實際船舶工程的中高頻噪聲預測與控制問題。
復雜結構的中高頻噪聲的控制一直以來都是各工業領域研究的重點與難點問題，尤其對于大型船舶其內環境相比其它工業產品更加獨特：結構形式縱橫交錯，艙室眾多，噪聲誘因復雜，聲源品種繁多密集，噪聲強度較大，噪聲頻域帶寬且持續穩定，結構噪聲與空氣噪聲相互轉化。以上這些特點，就使得船舶噪聲控制起來更加困難。
2014年7月國際海事組織（IMO）簽訂生效的新的《船上噪聲等級規則》要求居住區部分艙室聲壓級在舊規范的基礎上降低5dB(A),這就要求船舶工程設計人員需要采取更加有效的控制手段來降低船舶噪聲。
傳統的以有限元（FEA）、邊界元（BEA）、統計能量分析（SEA）等算法為基礎而發展起來的商用軟件工具，在計算效益上存在不足和瓶頸，很難滿足來自噪聲振動工程界及學術科研的越來越復雜、精細及多學科綜合解析優化的工程設計和技術發展需求。
展開 船舶噪聲[9-10]主要包括主機噪聲、螺旋槳噪聲及水動力噪聲。
目前，我國的船舶機械行業發展勢頭非常好，而人們不僅對于船舶機械的舒適性有了更高的要求，同時要求船舶機械能夠有更小的噪音。相關研究表明，船舶機械產生噪聲的根源就是振動，在振動的頻率較大時，除了會使機械的各種零件出現老化和損害，而且會縮減設備的使用壽命。作者通過研究如何對船舶機械行業實施有效的控制，其主要目的是促進我國船舶機械行業的更好發展。
一、船舶機械噪音可能導致的危害
船舶機械噪音首先危害的就是人的聽力，長期處于這種環境中，還會損害人的血管和神經系統。長此以往，使得人的身心發育都受到極大的危害。不僅如此，船舶機械噪聲對于人的聽覺、視覺等的影響都是破壞性的，有時還會使人出現頭暈眼花等問題，若反應比較大的人員還可能會患上高血壓或者各類心腦血管疾病。
導致上述這些問題的根源就是船舶機械工作期間出現的振動，振動的頻率越高則噪聲對于人們的危害也就越大，還會導致船舶機械的各個零件產生疲勞損壞，這便會使得船舶機械的壽命也隨之大大縮減，導致船舶機械在工作過程中產生各類安全事故。不僅如此，機械設備在工作期間，其本身的平順性以及耐久性對于噪聲大小也有著很大的影響。
二、船舶機械噪聲限值和控制的重點
要想使船舶機械的噪聲問題得到很好的解決，更好的改進環境水平，就必須要針對船舶機械噪聲出臺相關的限制法案。我國在數年前就制定了這一法案，一直使用到今天，機械設備必須在滿足法案中的基本要求后才能夠投入使用。
1.
展開 本文以能量有限元理論為基礎，建立船舶能量有限元計算模型，采用國產自主商用軟件ProNas，對復雜激勵下船舶各艙室產生的中高頻結構噪聲及空氣噪聲進行仿真計算，得到船舶各艙室聲壓級，并利用ProNas后處理功能顯示激勵源及傳遞路徑處的能量分布云圖。據此，對不滿足噪聲目標的艙室進行聲學優化，最終解決了大型實際船舶工程的中高頻振動噪聲預測與控制問題。
關鍵詞： 能量有限元；船舶；中高頻振動噪聲；ProNas軟件；聲學優化
1. 引言
結構中高頻噪聲的控制一直以來都是各工業領域研究的重點與難點問題，相比其它工業產品，船舶結構復雜、艙內環境更加獨特[1]：船舶結構形式縱橫交錯，艙室眾多，噪聲誘因復雜，聲源品種繁多密集，噪聲強度較大；船舶結構中的振動噪聲問題基本都在中高頻范圍；結構噪聲與空氣噪聲可以相互轉化。以上這些特點，使得船舶噪聲控制起來十分困難。并且，國際海事組織（IMO）出于對船艇人員舒適性和健康的考慮，2014年簽訂生效的《船上噪聲等級規則》，對船上振動和噪聲指定了更嚴格的限制，與原有規則相比，要求居住區部分艙室聲壓級降低5dB(A)，這就要求船舶工程設計人員需要采取更加有效的控制手段來降低船舶噪聲。
目前，噪聲預測的理論體系相對完善，并已將理論應用于大量實際工程中。按激勵源頻率及具體工業產品，可將振動和噪聲的問題劃分為低頻、中頻及高頻。低頻結構的響應具有確定性，工程中常用的數值方法有：有限元法（FEM）、邊界元法（BEM）；理論上，上述兩種方法可計算任意結構、任意頻率下的振動場。
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以上這些特點，使得船舶噪聲控制起來十分困難。并且，國際海事組織（IMO）出于對船艇人員舒適性和健康的考慮，2014年簽訂生效的《船上噪聲等級規則》，對船上振動和噪聲指定了更嚴格的限制，與原有規則相比，要求居住區部分艙室聲壓級降低5dB(A)，這就要求船舶工程設計人員需要采取更加有效的控制手段來降低船舶噪聲。
目前，噪聲預測的理論體系相對完善，并已將理論應用于大量實際工程中。
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船舶CFD、船舶振動噪聲
首先比較了船舶水下輻射噪聲相關標準, 分析了船舶水下輻射噪聲的來源, 歸納總結了抑制水下輻射噪聲的方法。然后針對某極地科考破冰船的水下輻射噪聲進行了實船驗證, 實測中采用多水聽器方法, 將測得的輻射噪聲數據與國外同類船進行對比, 初步分析了目前極地科考破冰船水下噪聲特性。
吳國清、陶篤純、蔣國健等對船舶水下輻射噪聲信號建模進行了大量的研究工作。在艦船水下輻射噪聲信號建模的基礎上，孫軍平等用準周期隨機聲脈沖序列模型仿真進行了仿真研究。MA等人研究了小陣雨和一般降水過程中的水下噪聲。
20世紀60年代，CRON和SHERMAN開始環境噪聲理論模型研究，提出了適合深海情況傳播模型較為簡單的C/S模型。
來源：舟山虛擬仿真驗證平臺
船舶噪聲來源主要有三個，分別是艙室噪聲、水下輻射噪聲以及自噪聲，分別介紹如下：
01
艙室噪聲
艙室噪聲是由船舶的結構噪聲和空氣噪聲共同引起的。
船舶振動與噪聲的控制
對于船舶振動與噪聲控制，目前采用數值仿真的方法模擬船舶噪聲振動問題，主要基于有限元 (FEM)、邊界元 (BEM) 和統計能量分析 (SEA) 三種方法。
有限元方法是確定性的求解方法，用于低頻振動環境的預示，可以得到結構的整體模態參數。
圖24 Arveson貨船輻射噪聲特性試驗
海洋及內河運輸業的發展使營運船舶迅速增加，船舶運輸尤其是船舶水下噪聲污染嚴重影響了水生生物的生存環境。隨著環境保護意識的提高，船舶水下輻射噪聲問題越來越受到關注。
1995年Mitson對試驗船的輻射噪聲和對魚類的影響進行了研究。
3）測量儀器設備應根據測量頻繁度進行期間核查，以提高測量結果的準確度；
4）引入測量不確定度的評定，分析不確定度的來源，提高測量結果的準確性；
5）積極參加行業組織舉辦的技術培訓/研討會，加強測量人員對試驗標準的理解，加強船舶振動噪聲測量技術和方法的研究
3）測量儀器設備應根據測量頻繁度進行期間核查，以提高測量結果的準確度；
4）引入測量不確定度的評定，分析不確定度的來源，提高測量結果的準確性；
5）積極參加行業組織舉辦的技術培訓/研討會，加強測量人員對試驗標準的理解，加強船舶振動噪聲測量技術和方法的研究
